Apache Doris 实时更新技术揭秘：为何在 OLAP 领域表现卓越？

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SelectDB技术团队

发布于 2025-08-14 11:11:09

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过去那些“老派”的 OLAP 系统，只能批量处理账目，对实时性要求高的“流水账”就力不从心了。它们在面对高并发实时写入和复杂的分析查询时，常常会露出疲态，数据延迟、查询性能、并发处理和数据更新等问题层出不穷。

当所有人都焦虑于如何让数据“快”起来的时候，Apache Doris 在底层逻辑上进行了一系列颠覆性的技术迭代，能快速接入各种数据源，并且拥有强大的实时更新能力，让你的数据从产生的那一刻起，就具备了“快”的生命力。

到底 Doris 是怎么做到，让数据流动得如此低延迟？这正是我们接下来要深挖的“冰山之下”。

实时更新的挑战

在实现实时更新的过程中，系统需要应对多个方面的挑战，这些挑战直接关系到系统在实际业务场景中的稳定性与性能表现：

数据延迟：实时更新的核心在于“快”。数据从产生到可查询的过程必须尽可能短，实际生产中要求在 5-10 秒可见，理想情况下甚至要求低于 1 秒可见。同时，还需具备足够的写入吞吐能力，保证在并发写入场景下也能稳定运行。
查询性能：一边持续高频地接收数据更新，一边还能保持百毫秒级别的查询响应，对底层系统架构提出了极高要求。如何在更新密集的情况下，仍然提供快速、稳定的查询体验，是实时 OLAP 系统必须解决的问题。
并发处理：实时分析场景多面向终端用户，不仅查询操作需要支持高并发，同时写入也常常是并发的。传统的表或者分区级别的写冲突处理机制影响范围较大，会影响数据写入效率与业务体验。理想状态下，系统应允许用户制定冲突处理策略，从而提高数据接入的灵活性与可控性。
数据流维护与易用性保障：实时数据流的维护受多项复杂因素的影响，例如 TP 系统通过 CDC 捕获的删除操作以及 Schema 变更带来的下游兼容性问题。同时，在链路重启或容灾恢复时，如何确保数据既不重复和不丢失，这对数据一致性的要求非常高。

这些挑战正是评估一个 OLAP 系统是否真正具备实时更新能力的关键指标。

常见方案对比

在面临数据更新的上述挑战时，市面上的常用方案通常涉及三个关键点，分别是表达方式、更新实现和冲突解决，这些方案各有其适用场景。

在表达方式上， Snowflake、Redshift、Iceberg、Databricks 和 Hudi 通常使用 MERGE INTO 来处理数据更新，这要求变更数据必须先落盘成为 MERGE 的数据源，因此可能带来一定的数据延迟和额外的 I/O 开销。相比之下，Doris 和 ClickHouse 采用更加轻量的方式，通过特定列值表示删除操作，使得写入和删除可以统一在同一数据流中处理，更加契合实时处理需求，尤其适用于 OLTP 类事务变更、订单或账单状态更新等场景。
在更新实现方面， 业界常见的方案有四种：

Copy on Write：在写入时找出需要更新的文件，读取并结合新的更新，生成新文件再写入。这种方式优化了读取性能，但在写入时会显著增加 I/O 开销，特别是在随机更新情况下，会引发大量读写 I/O，限制了实时更新能力。此方案的典型产品包括 Redshift、ClickHouse、Snowflake、Iceberg 和 Hudi。
Merge on Read：在写入时仅需添加新数据，读取时再合并新旧数据，类似于 LSM Tree。这种方式优化了写入性能，但查询效率较低，难以满足某些实时场景的查询延迟要求，典型产品包括 Iceberg、Hudi 和 Doris Merge on Read Unique 表。
Delete bitmap / deletion vector： 标记删除的实现方案。在写入时标记文件中被删除的数据，并写入删除标记及新数据，查询时跳过删除标记的数据行。此方式既能避免 Copy on Write 的 I/O 放大效应，也获得了 Copy on Write 的查询性能。但是对于没有主键索引的实现，生成删除标记（Delete Bitmap / Delete Vector）时 I/O 和 CPU 消耗较大，效率低下，难以满足高频实时写入场景。
Delete bitmap / deletion vector + primary index： 标记删除与主键索引结合的方式。主键索引能够降低标记删除时的查询 I/O 和 CPU 消耗，使高频实时更新成为可能。Doris 的 Merge on Write Unique 表采用了这种实现方式。

在冲突解决方面， 经典的写写冲突会导致写入无法并行，从而显著降低写入吞吐量。Doris 提供了基于业务语义的冲突机制，可很好避免该问题。而 Redshift、Snowflake、Iceberg 和 Hudi 等则采用了文件级别的冲突处理，因而不具备实时更新的能力。

Apache Doris 作为一款为实时分析场景打造的高性能 MPP 分析型数据库，具备强大的数据写入能力、亚秒级查询性能以及出色的并发处理能力，因此成为构建面向用户的实时数据服务的优选方案。基于上述常见方案，本文将详细拆解 Apache Doris 实时更新技术的核心设计，揭示其如何实现“极低延迟”的数据流动性。

为什么 Apache Doris 实时更新更具优势？

传统 OLAP 数据库主要用于批量分析，数据更新周期通常以小时甚至天为单位，适合以报表为主的内部系统。然而，随着业务及数据服务的多样化发展，越来越多的分析应用开始面向终端用户，要求亚秒级的查询延迟和秒级的数据更新。 在此背景下，要求实时分析数据库能够应对高速写入数据（每秒百万级别的数据导入）、并在大规模场景下提供实时查询。Apache Doris 凭借其主键模型、数据延迟、查询性能、并发处理、易用性等多方面特性的表现，在分析领域展现了独特的实时更新能力。

01 主键模型

Doris 提供了主键表，确保数据主键的唯一性，支持基于主键的 upsert 语义。以下是一个以 user_id 主键的表的创建示例：

CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_tbl_unique
(
    user_id         LARGEINT        NOT NULL,
    user_name       VARCHAR(50)     NOT NULL,
    city            VARCHAR(20),
    age             SMALLINT,
    sex             TINYINT
)
UNIQUE KEY(user_id)
DISTRIBUTED BY HASH(user_id) BUCKETS 10;

在这个表中，初始数据包括四行： 101、102、103、104 。当新写入 101、102 之后，表中的数据仍然保持是四行，但原先 101 和 102 的数据会被更新。

02 数据延迟

Doris 提供强一致性语义，确保数据写入后立即可见，从而满足低延迟的实时数据更新需求。数据组织使用 LSM tree 的方式组织，写入操作采用删除标记（Delete Bitmap）方式，相较于传统的 Copy-on-Write 机制，能够显著减少 I/O 操作，提高写入效率。这一设计不仅降低了存储空间的浪费，还减轻了系统的负担，从而提供了更高效的数据处理能力。

此外，Doris 利用主键索引优化了在更新数据时定位和检索相历史数据的性能，进一步提升了写入速度并降低了资源消耗。通过这些设计，Doris 实现了综合性的低延迟数据更新，能够提供 1s 以下的数据延迟，满足高效实时分析和快速数据响应的需求。

03 查询性能

在更新场景下，Doris 采用标记删除（Delete Bitmap）方式加速查询性能。与 Merge-on-Read 的实现相比，标记删除能够避免在查询时进行大量的删除逻辑计算，从而减少查询延迟并提升整体性能，确保查询响应时间低于百毫秒，并支持高并发访问。

此外，Doris 基于以下几项技术，进一步提升了查询性能：

分区和分桶裁剪技术： 智能跳过无关数据，进一步优化数据扫描过程，减少不必要的数据读取，显著提高查询效率。
向量化技术： 在处理大规模数据时，通过批量化处理多个数据操作，减少 CPU 的上下文切换，显著提升数据处理速度，尤其适用于大数据量的查询场景。
优化器： 通过智能的查询计划选择和执行，自动根据查询条件调整最佳执行路径，避免不必要的计算开销，进一步提高查询响应速度。
丰富的索引：包括点查索引和跳数索引。点查索引常用于加速点查，包括前缀索引和倒排索引，原理是通过索引定位到满足 WHERE 条件的有哪些行，直接读取那些行。跳数索引常用于加速分析，包括 ZoneMap 索引、BloomFilter 索引、NGram BloomFilter 索引，原理是通过索引确定不满足 WHERE 条件的数据块，跳过这些不满足条件的数据块，只读取可能满足条件的数据块并再进行一次逐行过滤，最终得到满足条件的行。

这些技术的结合使得 Doris 在高并发环境下能够保持稳定的低延迟，确保其在秒级和毫秒级查询性能上表现出色，满足实时数据处理的严格要求。

04 并发处理

Doris 主键表支持应用语义处理冲突，在高并发乱序写入时能够保证数据的最终一致性。建表时，可以通过指定 SEQUENCE COLUMN 来自定义 MVCC 的冲突处理逻辑，Doris 的写入负载均衡机制优先选择 SEQUENCE 列较大的行。这一机制不仅适用于写入冲突，还同样适用于存量数据。

CREATE TABLE test.test_table
(
    user_id bigint,
    date date,
    group_id bigint,
    modify_date date,
    keyword VARCHAR(128)
)
UNIQUE KEY(user_id, date, group_id)
DISTRIBUTED BY HASH (user_id) BUCKETS 32
PROPERTIES(
    "function_column.sequence_col" = 'modify_date',
    "replication_num" = "1",
    "in_memory" = "false"
);

例如，在 OLTP 表中，modify_date 字段每次更新时都会设置为当前时间。在将 OLTP 数据库的 CDC 同步到 Doris 时，可以将 modify_date 指定为 SEQUENCE 列。这样，具有较大 modify_date 的数据行将生效，而如果后写入的数据 modify_date 较小，则存量数据不会被更新。这一机制使得实时数据同步的冲突处理变得非常简单，同时不影响写入效率。

05 易用性

首先，Doris 确保每次数据写入的一致性和完整性，保证在高并发和实时更新环境中，数据始终保持一致并立即可见。结合标记删除机制，Doris 使数据更新更加高效，减少了存储开销，并提升了查询性能。
其次，Doris 还支持在线 Schema 变更，允许动态调整表结构，从而简化数据流的维护，避免复杂的数据迁移过程。同时，灵活的列更新功能使数据更新更为高效，特别是在频繁更新部分数据时，避免了全表更新带来的性能开销。
最后，Doris 支持隐藏列标记删除方式，即为每个 Unique 表生成隐藏的 DORIS_DELETE_SIGN 列，利用该标志直接进行删除操作，避免了传统的复杂删除步骤，提升了系统性能。同时，Doris 还支持将 SEQUENCE 列与删除标志结合使用，确保过期数据的删除不会影响新数据，简化了实时数据流中的更新与删除操作。

受益于写入原子性、强一致性语义，以及灵活的在线 Schema 变更和列更新机制等机制，Doris 能够在高并发和实时更新场景中高效处理数据，简化开发工作，并提升系统的响应速度和可靠性。

生态融合

Doris 提供丰富的 API 和连接器，方便与现有的数据处理工具和框架（如 Spark、Flink、Kafka）进行集成，增强了生态灵活性，使得 Doris 能够为用户提供更加强大的数据处理能力，适应多样化的业务需求和技术环境。

01 Kafka

Kafka Connect 是一款可扩展、可靠的在 Apache Kafka 和其他系统之间进行数据传输的工具，可以定义 Connectors 将大量数据迁入迁出 Kafka，并通过 Doris Kafka Connector 将上游 topic 中的数据读取后写入到 Doris 中。

在 Kafka Connect 集群上新增一个 Doris Sink 的 Connector，示例如下：

curl -i http://127.0.0.1:8083/connectors -H "Content-Type: application/json" -X POST -d '{
  "name":"test-doris-sink-cluster",
  "config":{
    "connector.class":"org.apache.doris.kafka.connector.DorisSinkConnector",
    "topics":"topic_test",
    "doris.topic2table.map": "topic_test:test_kafka_tbl",
    "buffer.count.records":"50000",
    "buffer.flush.time":"120",
    "buffer.size.bytes":"5000000",
    "doris.urls":"10.10.10.1",
    "doris.user":"root",
    "doris.password":"",
    "doris.http.port":"8030",
    "doris.query.port":"9030",
    "doris.database":"test_db",
    "key.converter":"org.apache.kafka.connect.storage.StringConverter",
    "value.converter":"org.apache.kafka.connect.json.JsonConverter"
  }
}'

02 Flink

Apache Flink 是一个框架和分布式处理引擎，用于在无界和有界数据流上进行有状态的计算。可以使用 Flink Doris Connector 将上游的数据，比如 Kafka、MySQL 等产生的数据，实时写入至 Doris。

使用 Flink 自带的 DataGen 模拟数据写入 Doris 中，示例如下：

SET 'execution.checkpointing.interval' = '30s';

CREATE TABLE student_source (
    id INT,
    name STRING,
    age INT
) WITH (
  'connector' = 'datagen',
  'rows-per-second' = '1',
  'fields.name.length' = '20',
  'fields.id.min' = '1',
  'fields.id.max' = '100000',
  'fields.age.min' = '3',
  'fields.age.max' = '30'
);

-- doris sink
CREATE TABLE student_sink (
    id INT,
    name STRING,
    age INT
    ) 
    WITH (
      'connector' = 'doris',
      'fenodes' = '127.0.0.1:8030',
      'table.identifier' = 'test.student',
      'username' = 'root',
      'password' = 'password',
      'sink.label-prefix' = 'doris_label'
);

INSERT INTO student_sink SELECT * FROM student_source;

03 Spark Structured Streaming

Structured Streaming 是一个构建在 Spark SQL 引擎之上的可扩展、容错的流处理引擎。借助 Structured Streaming，可以高效地读取上游数据源，并通过 Spark Doris Connector，以 Stream Load 的方式将数据实时写入 Doris，实现端到端的流式数据处理流程。

使用 Spark 自带的 rate 数据源模拟数据写入 Doris 中，示例如下：

val spark = SparkSession.builder()
  .appName("RateSourceExample")
  .master("local[1]")
  .getOrCreate()

val rateStream = spark.readStream
  .format("rate")
  .option("rowsPerSecond", 10)
  .load()

rateStream.writeStream
  .format("doris")
  .option("checkpointLocation", "/tmp/checkpoint")
  .option("doris.table.identifier", "db.table")
  .option("doris.fenodes", "127.0.0.1:8030")
  .option("user", "root")
  .option("password", "")
  .start()
  .awaitTermination()

spark.stop();

实时数据分析最佳实践

用户案例 1：中通快递

随着中通快递业务的持续增长，昔日双 11 的业务高峰现已成为每日常态，原有数据架构在数据时效性、查询效率、与维护成本方面，均面临着较大的挑战。为此，中通快递引入 SelectDB，借助其高效的数据更新、低延时的实时写入与优异的查询性能，在快递业务实时分析场景、BI 报表与离线分析场景、高并发分析场景中均进行了应用实践。

在实时分析场景中，基于 SelectDB 灵活丰富的 SQL 函数公式、高吞吐量的计算能力，实现了结果表的查询加速，能够达到每秒上 2K+ 数量级的 QPS 并发查询，数据报表更新及时度大大提高。

SelectDB 的引入满足了复杂与简单的实时分析需求。目前，SelectDB 日处理数据超过 6 亿条，数据总量超过 45 亿条，字段总量超过 200 列，并实现服务器资源节省 2/3、查询时长从 10 分钟降至秒级的数十倍提升。

用户案例 2：招联金融

招联金融（全称“招联消费金融股份有限公司”）旗下拥有“好期贷”“信用付”两大消费金融产品体系，为用户提供全线上、免担保、低利率的普惠消费信贷服务。早期采用 Lambda 架构，包含 ClickHouse、Spark、Impala、Hive、Kudu、Vertica 等，受限于运维依赖性高、资源利用率低、数据时效性低、并发能力弱等诸多问题。引入 Apache Doris 进行架构升级后，实现了高效实时分析、架构简化、混合部署与弹性伸缩等多项目标。

在客群筛选分析场景中，之前使用 Vertica 计算引擎处理 2.4 亿条数据耗时 30-60 分钟，替换为 Doris 后用时降至 5 分钟，性能提升 6 倍以上，并且 Doris 作为开源数据库，相比商业化产品 Vertica 有显著的成本优势。

结束语

以上就是 Apache Doris 在分析领域的实时更新能力详细介绍。在主键表方面，Doris 支持易用的 UPSERT 语义，结合主键索引和标记删除机制，确保了优异的写入性能和低延迟的查询性能。此外，用户自定义的冲突解决机制进一步提升了实时写入的并发能力，快速的 Schema 变更功能则避免了实时数据流的中断。列更新及灵活的列更新选项为更广泛的实时场景提供了便捷支持。

展望未来，我们将在以下几方面重点投入：